文章刊登于《中國(guó)科技產(chǎn)業(yè)》雜志

202509期“院士專論

自17世紀(jì)以來，人類社會(huì)經(jīng)歷了機(jī)械化、電氣化、自動(dòng)化和智能-智慧化四個(gè)發(fā)展階段。進(jìn)入21世紀(jì)，科技發(fā)展迅速，智能化和智慧化已成為推動(dòng)產(chǎn)業(yè)升級(jí)和社會(huì)進(jìn)步的重要力量，但當(dāng)下的科學(xué)研究中對(duì)于智能化與智慧的概念與內(nèi)涵的表述乃至兩者之間的區(qū)分并不清晰。為此，本文給出了智能化與智慧化的定義、內(nèi)涵及其區(qū)別與聯(lián)系，并以我們正在開發(fā)的現(xiàn)代公路病害巡航式智能檢測(cè)裝置為例進(jìn)行了闡述。

隨著人類科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，智能化與智慧化逐漸成為提升效率和競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵手段，尤其在交通基礎(chǔ)設(shè)施領(lǐng)域。如何利用這些技術(shù)提升交通基礎(chǔ)設(shè)施運(yùn)維的質(zhì)量與效率，已成為各國(guó)政府和科研機(jī)構(gòu)關(guān)注的焦點(diǎn)。

在技術(shù)發(fā)展的歷程中，經(jīng)歷了機(jī)械化、電子化、自動(dòng)化、智能-智慧化等四個(gè)階段。18世紀(jì)的機(jī)械化，其主要貢獻(xiàn)是由于蒸汽機(jī)的發(fā)明，使得地下巨量礦物的熱能可轉(zhuǎn)化為動(dòng)力（機(jī)械能），使得人類第一次實(shí)現(xiàn)了熱能到機(jī)械能的轉(zhuǎn)化，推動(dòng)了生產(chǎn)力的革命性發(fā)展，成就了18世紀(jì)的新質(zhì)生產(chǎn)力。19世紀(jì)的電氣化，則是通過電力傳輸實(shí)現(xiàn)了能量和動(dòng)力的遠(yuǎn)距離傳輸。通過電網(wǎng)和電纜實(shí)現(xiàn)了能量和動(dòng)力傳輸?shù)匠青l(xiāng)和家家戶戶，使得人類第一次能將能量和動(dòng)力從一個(gè)地方傳輸?shù)搅硪粋€(gè)地方，促進(jìn)了生產(chǎn)力的高度發(fā)展，成就了19世紀(jì)的新質(zhì)生產(chǎn)力。20世紀(jì)的自動(dòng)化，則是通過計(jì)算機(jī)和程序控制，將人工操作的生產(chǎn)過程，轉(zhuǎn)為機(jī)器自行操作的生產(chǎn)過程。利用計(jì)算機(jī)和程序控制實(shí)現(xiàn)了無人操作的天花板級(jí)的機(jī)械化和電氣化過程，進(jìn)一步推動(dòng)了生產(chǎn)力的發(fā)展，成就了20世紀(jì)的新質(zhì)生產(chǎn)力。

進(jìn)入21世紀(jì)，智能化和智慧化成為新質(zhì)生產(chǎn)力發(fā)展的標(biāo)志。本文旨在探討智能化與智慧化的定義、內(nèi)涵及二者之間的區(qū)別與聯(lián)系，并結(jié)合現(xiàn)代公路病害巡航式智能檢測(cè)裝置的研發(fā)與應(yīng)用，闡述了智能化、智慧化技術(shù)的應(yīng)用。

智能化與智慧化的發(fā)展現(xiàn)狀美國(guó)的智能化戰(zhàn)略美國(guó)的智能化戰(zhàn)略主要體現(xiàn)在其智能制造路徑參考架構(gòu)模型（IIRA1.8）中，該模型通過傳感、監(jiān)測(cè)、控制和過程優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)效率的全面提升。美國(guó)的智能制造強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品的智能化和生產(chǎn)的自動(dòng)化。其目標(biāo)是通過信息流和物資流的合一，實(shí)現(xiàn)價(jià)值鏈的同步。在這種框架下，企業(yè)能夠通過實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)管理和優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率并實(shí)現(xiàn)更高效的運(yùn)營(yíng)。美國(guó)特別關(guān)注在新能源、新材料、新農(nóng)業(yè)以及新信息技術(shù)方面的創(chuàng)新與應(yīng)用。通過數(shù)字化手段，推動(dòng)各行業(yè)的智能化轉(zhuǎn)型，提升整體產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。德國(guó)的工業(yè)4.0德國(guó)的工業(yè)4.0戰(zhàn)略以信息物理系統(tǒng)（CPS）的應(yīng)用為核心，推動(dòng)制造業(yè)的全面數(shù)字化轉(zhuǎn)型。工業(yè)4.0強(qiáng)調(diào)在產(chǎn)品生命周期管理中的智能制造，從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、供應(yīng)鏈的全面優(yōu)化。工業(yè)4.0被定義為產(chǎn)品生命周期內(nèi)的全面優(yōu)化，涵蓋從創(chuàng)意、研發(fā)、生產(chǎn)、交付到廢物回收的各個(gè)環(huán)節(jié)。其目標(biāo)是通過信息的實(shí)時(shí)共享和企業(yè)價(jià)值網(wǎng)絡(luò)的自組織，實(shí)現(xiàn)成本、效率和能耗的全面優(yōu)化。德國(guó)的工業(yè)4.0戰(zhàn)略特別強(qiáng)調(diào)信息物理融合系統(tǒng)的應(yīng)用，通過高度集成的數(shù)字化手段，實(shí)現(xiàn)制造業(yè)的全方位升級(jí)，提升國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。中國(guó)的智能制造中國(guó)的智能制造標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)，通過智能工廠的建設(shè)，實(shí)現(xiàn)從設(shè)計(jì)到生產(chǎn)、物流的端到端智能化管理，以新一代信息技術(shù)為基礎(chǔ)推動(dòng)制造過程的全環(huán)節(jié)優(yōu)化。中國(guó)的智能制造定義為基于信息技術(shù)的全面生產(chǎn)過程優(yōu)化，強(qiáng)調(diào)信息深度自感知、智慧優(yōu)化自決策、精準(zhǔn)控制自執(zhí)行。其目標(biāo)是縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，提高生產(chǎn)效率，提升產(chǎn)品質(zhì)量，并降低能耗。中國(guó)智能制造的側(cè)重點(diǎn)在于智能工廠的建設(shè)，以數(shù)據(jù)流為基礎(chǔ)，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)為支撐，實(shí)現(xiàn)制造過程的全面智能化，提升國(guó)際市場(chǎng)的競(jìng)爭(zhēng)力。智能化的定義與內(nèi)涵智能化的定義智能化（Intellectualization）的本質(zhì)是指將不確定性的過程變成確定性的過程。智能化的靈魂是減少和消除生產(chǎn)過程中的不確定性，確保全面的自動(dòng)化。智能化依靠各種信息技術(shù)、傳感器、控制系統(tǒng)等來處理并解決各類不確定性，提高系統(tǒng)的效率和精準(zhǔn)度。信息技術(shù)賦能智能化以感知、認(rèn)知、優(yōu)化、建模和自主決策的能力。智能化的類型智能化是消除不確定性的過程。據(jù)此，智能化可分為三類：一是過程前期的智能化。這是一種較低水平的智能化，主要是消除過程前期的不確定性。例如，在生產(chǎn)的初期階段，企業(yè)可以通過智能化技術(shù)進(jìn)行精確的市場(chǎng)分析和需求預(yù)測(cè)，從而制定科學(xué)的生產(chǎn)計(jì)劃。二是過程中的智能化，指采用智能方法消除過程中間的不確定性。例如，在生產(chǎn)的中間階段，通過引入先進(jìn)的監(jiān)測(cè)設(shè)備和自動(dòng)化控制系統(tǒng)，企業(yè)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)生產(chǎn)環(huán)境的變化，自動(dòng)調(diào)整生產(chǎn)流程，確保生產(chǎn)過程的順利進(jìn)行。三是全過程的智能化。這是較高水平的智能化，是指在全過程中采用智能的方法消除不確定性。例如，在整個(gè)生產(chǎn)過程中始終采用智能的方法進(jìn)行管理和優(yōu)化。這種高水平的智能化要求企業(yè)具備從原材料采購(gòu)、生產(chǎn)制造到產(chǎn)品配送的全方位智能管理能力。智慧化的定義與內(nèi)涵智慧化的定義智慧化（Wisdomization）是多種智能系統(tǒng)集成和融合的過程。智慧化在智能化的基礎(chǔ)上，整合多種智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)信息共享和協(xié)同工作，以達(dá)到整體優(yōu)化。智慧系統(tǒng) 就是多個(gè)智能系統(tǒng)集成后的更大的系統(tǒng)。智慧化不僅關(guān)注系統(tǒng)的自動(dòng)化，還強(qiáng)調(diào)多個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)作與整合，實(shí)現(xiàn)更高效的資源利用和效能提升。

智能化通過信息技術(shù)的廣泛應(yīng)用，極大地提高了生產(chǎn)和管理的效率，而智慧化則通過多系統(tǒng)的融合和協(xié)同，實(shí)現(xiàn)了整體效能的提升。

智能化與智慧化的區(qū)別智能化和智慧化雖然都以提高效率為目標(biāo)，但兩者之間存在顯著區(qū)別：智能化是基礎(chǔ)，智能化主要關(guān)注單個(gè)系統(tǒng)的自動(dòng)化與智能特性，通過提高單一系統(tǒng)的效率來提升整體效能。智慧化是發(fā)展，智慧化在智能化的基礎(chǔ)上，不僅要求系統(tǒng)具備智能化功能，且更多關(guān)注多個(gè)系統(tǒng)之間的協(xié)同、融合、資源共享與整體效能最優(yōu)化。在智慧化概念中，智慧不僅僅是“聰明”的表現(xiàn)，而是多個(gè)智能系統(tǒng)之間的協(xié)同合作。這種協(xié)作使得智慧化系統(tǒng)能夠在復(fù)雜環(huán)境中進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)整和優(yōu)化，以實(shí)現(xiàn)更高效的資源利用和效能提升。現(xiàn)代公路病害巡航式智能檢測(cè)裝置研發(fā)與應(yīng)用

傳統(tǒng)公路病害檢測(cè)方法主要依賴人工檢測(cè)和簡(jiǎn)單的自動(dòng)化設(shè)備，不僅效率低下，還容易出現(xiàn)人為誤差。尤其在交通繁忙的高速公路和城市道路上，人工檢測(cè)需要封閉部分車道，極易導(dǎo)致交通擁堵和不便[5]。此外，傳統(tǒng)檢測(cè)設(shè)備如X射線和回彈法通常只能檢測(cè)表面或局部問題，難以識(shí)別深層次結(jié)構(gòu)隱患。因此，開發(fā)一種能夠高效、精準(zhǔn)、實(shí)時(shí)進(jìn)行檢測(cè)的公路病害智能檢測(cè)裝置成為必然。

現(xiàn)代公路病害智能檢測(cè)新裝置的技術(shù)路線研發(fā)現(xiàn)代公路病害智能檢測(cè)新裝置的思路圍繞如何有效解決傳統(tǒng)檢測(cè)方法的局限性開展。該裝置的開發(fā)結(jié)合了多學(xué)科交叉技術(shù)，力求在檢測(cè)精度、效率及數(shù)據(jù)處理能力方面實(shí)現(xiàn)突破。

在硬件方面，裝置結(jié)合多種先進(jìn)的傳感器技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)道路病害的全方位監(jiān)測(cè)。首先，多傳感器集成是硬件研發(fā)的重要部分。裝置采用聲、光、電等多種傳感器，能夠?qū)崟r(shí)采集道路的多種數(shù)據(jù)。這種多傳感器融合技術(shù)使得裝置能夠同時(shí)檢測(cè)路面表面和內(nèi)部結(jié)構(gòu)的健康狀態(tài)，提高檢測(cè)的全面性和精確度。其次，硬件設(shè)計(jì)需考慮復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。裝置的設(shè)計(jì)要求具有高耐用性，能夠在各種氣候和地理?xiàng)l件下穩(wěn)定運(yùn)行，確保在實(shí)際應(yīng)用中的可靠性。

軟件研發(fā)旨在提供智能化的數(shù)據(jù)處理和分析能力，通過先進(jìn)的算法實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)據(jù)分析。智能分析算法是軟件研發(fā)的核心。通過機(jī)器學(xué)習(xí)和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，系統(tǒng)能夠從采集到的海量數(shù)據(jù)中提取有效信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)不同類型公路病害的自動(dòng)識(shí)別和分類。這種智能分析能力不僅提高了檢測(cè)的效率，還能夠進(jìn)行病害發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)，為公路維護(hù)提供科學(xué)的決策支持。此外，軟件還包括一個(gè)強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化模塊。數(shù)據(jù)可視化可以將復(fù)雜的檢測(cè)結(jié)果以直觀的形式展示給用戶，幫助管理者快速做出判斷和決策。

多學(xué)科交叉融合與智能分析算法現(xiàn)代公路病害智能檢測(cè)新裝置的研發(fā)離不開多學(xué)科的交叉融合，包括物理學(xué)、計(jì)算機(jī)科學(xué)、人工智能等領(lǐng)域。這種多學(xué)科的結(jié)合，使得裝置在多個(gè)方面實(shí)現(xiàn)技術(shù)突破。

在數(shù)據(jù)采集方面，裝置通過集成聲、電、圖像和GPS技術(shù)，實(shí)現(xiàn)多源數(shù)據(jù)的同步采集。這種綜合數(shù)據(jù)采集方法提供了全方位的路面信息，確保檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性和可靠性。

在信息分析方面，利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能算法，系統(tǒng)可以對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析。這種綜合分析能力使得裝置能夠提供更為精準(zhǔn)的診斷結(jié)果，并有效識(shí)別潛在的路面病害。

智能分析算法是現(xiàn)代公路病害智能檢測(cè)新裝置的核心組成部分，它使得系統(tǒng)能夠從海量數(shù)據(jù)中提取有效信息，并進(jìn)行快速?zèng)Q策。通過引入機(jī)器學(xué)習(xí)算法，系統(tǒng)能夠自動(dòng)學(xué)習(xí)不同病害特征，從而提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性和效率。同時(shí)，深度學(xué)習(xí)技術(shù)幫助系統(tǒng)在海量數(shù)據(jù)訓(xùn)練下，不斷提升自適應(yīng)能力，能夠應(yīng)對(duì)多種復(fù)雜路況。例如，在實(shí)際應(yīng)用中，智能分析算法可以實(shí)時(shí)處理傳感器數(shù)據(jù)，識(shí)別出路面的裂縫、坑洼等常見病害，甚至能夠檢測(cè)到肉眼難以察覺的結(jié)構(gòu)性問題。

現(xiàn)代公路病害智能檢測(cè)新裝置具備多個(gè)顯著特點(diǎn)，這些特點(diǎn)不僅提升了檢測(cè)的效率和精度，還為公路維護(hù)提供了新的技術(shù)支撐。裝置采用先進(jìn)的無損檢測(cè)技術(shù)，確保在檢測(cè)過程中不對(duì)公路結(jié)構(gòu)造成任何損害。非接觸式的檢測(cè)手段能夠在不影響路面正常使用的情況下，獲取準(zhǔn)確的病害信息，這大大降低了檢測(cè)對(duì)交通流的影響。集成感知是新裝置的一大亮點(diǎn)。通過多傳感器的同步采集，系統(tǒng)能夠在時(shí)空域內(nèi)對(duì)路面狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)。這種集成感知能力使得檢測(cè)精度大幅提升，確保對(duì)公路病害的全面把控。裝置配備了強(qiáng)大的智能分析能力，采用人工智能算法進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。智能分析模塊能夠?qū)Σ杉臄?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，自動(dòng)識(shí)別和分類病害類型，檢測(cè)準(zhǔn)確率高達(dá)98%。這種高效的智能分析能力為管理者提供了可靠的數(shù)據(jù)支持和決策依據(jù)?，F(xiàn)代公路病害智能檢測(cè)新裝置具備快速檢測(cè)能力，可以在不封閉交通的情況下進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。裝置能夠在行駛中完成數(shù)據(jù)采集和分析，極大地減少了對(duì)正常交通流的干擾，提高了檢測(cè)的效率和便利性。

結(jié)語

智能化與智慧化的深入發(fā)展正逐步改變我們對(duì)技術(shù)應(yīng)用的傳統(tǒng)觀念。在交通基礎(chǔ)設(shè)施管理中，智能化不僅提升了檢測(cè)的效率和準(zhǔn)確性，還通過系統(tǒng)間的協(xié)同和信息共享，實(shí)現(xiàn)了整體效能的提升?，F(xiàn)代公路病害巡航式智能檢測(cè)裝置作為智能化應(yīng)用的典型案例，展示了智能化、智慧化在實(shí)際應(yīng)用中的巨大潛力。隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和智能化應(yīng)用的深化，智能化、智慧化技術(shù)將為社會(huì)帶來更多的發(fā)展機(jī)遇和福祉。(共同撰稿：同濟(jì)大學(xué)土木工程學(xué)院教授閆治國(guó)、江漢大學(xué)教授林世鑌、中國(guó)地震局工程力學(xué)研究所研究員胡進(jìn)軍)